DE19638152A1

DE19638152A1 - Kombiniertes Volumenstrom- und Differenzdruckregelventil

Info

Publication number: DE19638152A1
Application number: DE1996138152
Authority: DE
Inventors: Milan Medvescek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1997-04-30
Also published as: SI9500294A

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Volumenstrom- und Differenzdruckregelventil zur Regelung von Flüssigkeiten und Gasen, welches einen kleinen Druckverlust und niedriges Preis bei langen Lebensdauer hat. Solche Regelventile sind besonders geeignet für den Einbau in Stränge von Zentralheizungen und in Übergabestationen von Fernwärme.

Es gibt drei technische Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden.

Problem 1

Verlangt wird ein kleiner Druckabfall bei hoher Genauigkeit und niedrigem Preis. Jedoch arbeiten Regelventile bei größerem Druckabfall genauer. Auch ist für eine höhere Genauigkeit eine größere Membran erforderlich, und damit entstehen größere Abmessungen und höhere Preise.

Problem 2

Es ist empfehlenswert, eine Konstruktion mit wenigen dynamischen Dichtungen zu haben. Die Reibung in solchen Dichtungen verursacht größere Regelabweichung und einen höheren Verschleiß und damit eine kürzere Lebensdauer.

Problem 3

Die Drossel zur Steuerung des Volumenstroms soll gleichzeitig auch als Absperrventil dienen.

Bekannte Konstruktionen sind folgende:
Zu Problem 1:
Bekannt sind zwei Varianten der kombinierten Regelung des Volumenstroms und des Differenzdruckes.

a) Mit zwei separaten Regelventilen, in Serie geschaltet. Jedes davon arbeitet gesondert. Ein Nachteil dabei ist, daß beide Regler entgegengesetzt arbeiten. Beim Schließen des Differenzdruckreglers öffnet sich der Volumenstromregler. Auch der Druckabfall ist in zwei Ventilen und einer Drossel für die Steuerung des Volumenstroms hoch. Auch der Preis ist hoch.
b) Auf ein Ventil wirken zwei Membranen. Der Druckabfall und der Preis ist kleiner als bei a). Nachteilig ist eine relativ hohe Regelabweichung des Differenzdruckes. Die Membran für die Regelung des Differenzdrucks muß nämlich auch die volle Kraft der Feder für die Regelung des Volumenstroms überwinden.

Problem 2

Bekannt ist ein Regler von Honeywell nach der DE-PS 24 07 223 mit beweglichem Ventilsitz. Jedoch auch hier müssen der bewegliche Ventilsitz und die Federstange abgedichtet werden, was also zwei dynamische Dichtungen erfordert.

Problem 3

Bei bekannten Konstruktionen sind Handabsperrung und Drossel zur Steuerung des Volumenstroms getrennt, weil sonst bei jeder Absperrung die Einstellung des Volumenstroms verlorengeht, es sei denn man hat sie sich gemerkt. Zwei gesonderte Aggregate bedeuten aber einen höheren Preis.

Lösung des Problems 1

1.1 In ein gemeinsames Ventilgehäuse sind in Serie zwei Regelventile axialer Ausführung angeordnet. Das erste in Strömungsrichtung ist der Differenzdruckregler und das zweite ist der Volumenstromregler. Dabei dient der Differenzdruckregler auch als Drossel zur Steuerung des Volumenstroms. Damit ist der Druckabfall kleiner und beide Regler funktionieren gleichsinnig und nicht gegeneinander.
1.2 Der Plus-Impuls zur Steuerung des Volumenstroms wird vor dem Differenzdruckventil im vollen Rohrquerschnitt abgenommen, der Minus-Druck aber im verengten Querschnitt hinter dem Differenzdruckventil, wo dynamisch vorübergehend ein kleinerer Druck herrscht als im vollen Querschnitt. Durch Ausnützung dieses dynamischen Druckunterschiedes wird etwas an Druckverbrauch in der Drossel eingespart.
1.3 Durch die axiale Konstruktion der Regelventile ist der Widerstand kleiner. Dadurch kann die lichte Weite des Ventilsitzes sehr klein sein. Dadurch ist die Reibung kleiner, die Membrane kann kleiner sein und die ganze Konstruktion wird kleiner und billiger.

Lösung des Problems 2

Die Dichtung der Ventilstange ist durch eine innere Sicke der Membran ersetzt. Die Hysterese der rollenden Membran ist erheblich kleiner als bei einer reibenden dynamischen Dichtung. Auch der Verschleiß ist fast ausgeschlossen.

Lösung des Problems 3

Handabsperrung und Einstellung der Drossel zur Steuerung des Volumenstroms sind mit einem gemeinsamen Mechanismus verwirklicht. Den Mechanismus bilden ein Einstellmutterring und ein Skalenring, die über eine Zahnkupplung lösbar miteinander verbunden sind. An dem Einstellmutterring ist ein Zeiger und an dem Skalenring ist eine Bohrung für eine Fixierschraube ausgebildet. An dem Ventilgehäuse ist eine blinde Bohrung, in welcher die Fixierschraube bei normaler Einstellung sitzt. Der Einstellmutterring drückt über Stifte durch die Ventilwand gegen die Differenzdruckmembran und begrenzt den Hub des Ventils. Damit ist die Drosselwirkung vorgegeben. Die relative Lage beider Ringe ergibt die Hubbegrenzung. Die Lage ist über die Zahnkupplung einstellbar. Bei gelöster Fixierschraube kann mit dem Einstellmutterring eine Handabsperrung geschehen, ohne daß die relative Lage beider Ringe geändert wird. Dadurch geht die Einstellung bei der Handabsperrung nicht verloren. Immer wenn die Fixierschraube in ihre Bohrung im Ventilgehäuse eingeschraubt ist, ist die eingestellte Drosselwirkung nach der Anzeige am Skalenring gegeben.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird anhand Fig. 1 beschrieben und ist aus der Figur ersichtlich.

In einem gemeinsamen Ventilgehäuse 1 sind zwei Regelventile angeordnet. In der Strömungsrichtung ist zuerst der Differenzdruckregler 2 mit der Membran 3, der mittleren Öffnung 4, dem Membranteller 5 und dem am Membranteller 5 angeformten und daher axial beweglichen rohrförmigen Ventilsitz 6 mit dem lichten Querschnitt 7 ausgebildet. Der Ventilsitz 6 ist in der Trennwand 8 geführt und mit der Dichtung 9 abgedichtet. Der Ventilsitz 6 weist an seinem freien Ende die Dichtkante 11 auf. Der feststehende Ventilteller ist mit 12 und die an dem Membranteller 5 abgestützte Feder ist mit 10 bezeichnet. Die Membran 3 weist am äußeren Umfangsrand den Dichtring 31 und die Rollsicke 32, und am inneren Umfangsrand den Dichtring 36 und die Rollsicke 35 auf. Beide Sicken erleichtern die Bewegung der Membran und zentrieren gleichzeitig den Ventilsitz.

In Strömungsrichtung hinter dem Differenzdruckregler ist der Volumenstromregler 13 angeordnet. Dessen Membran ist mit 14, die Eintrittsöffnung ist mit 15, und der Membranteller ist mit 16 bezeichnet. Der an dem Membranteller 16 angeformte und daher bewegliche rohrförmige Ventilsitz 17 mit dem lichten Querschnitt 18 ist in der Trennwand 19 geführt und mit der Dichtung 20 abgedichtet. Die Dichtkante am freien Ende des Ventilsitzes ist mit 22, der ortsfeste Ventilteller ist mit 23 und die Membranfeder ist mit 21 bezeichnet.

Am Ventilgehäuse 1 sind angeschraubt ein Einstellmutterring 39 mit Zeiger 40 und ein Begrenzungsring 42, und diese sind über eine Zahnkupplung 41 lösbar mit dem Skalenring 44 verbunden. Die Skala auf dem Skalenring ist mit 43 bezeichnet. An dem Skalenring 43 ist in der Nullposition der Skala die Fixierschraube 34 eingebaut, deren Spitze in eine blinde Bohrung 33 im Ventilgehäuse 1 eingeschraubt werden kann. Der Einstellmutterring 39 drückt über den Stift 45 und den Distanzhalter 46 gegen den Membranteller 5 und begrenzt dadurch den Hub des Differenzdruckregelventils. Die axiale Bewegungsrichtung des Einstellmutterringes weg vom Ventilgehäuse ist mit F und die Gegenrichtung ist mit L bezeichnet.

Die Eintrittsöffnung oder der Eintrittsstutzen 38 und die Austrittsöffnung oder der Austrittsstutzen 24 haben ungefähr den gleichen lichten Durchmesser wie die Nennweite der Rohrleitung. Die stutzenförmigen Durchflußöffnungen 7 und 18 in den Ventilsitzen 6 und 17 haben aber einen wesentlich kleineren lichten Querschnitt als die Rohrleitung. Der Plus-Impuls für die Differenzdruckregelung ist dp+. Der Minus-Impuls dp- ist gleichzeitig auch der Plus-Impuls V+ für die Volumenstromregelung. Öffnungen im Ventilgehäuse 1, durch welche dp- und V+ wirken, sind mit 37 und 30 bezeichnet. Weitere Übertragungsöffnungen im Inneren sind mit 27 und 19 bezeichnet. Die mittlere Kammer ist mit 28 bezeichnet. Der Minus-Impuls V- für die Volumenstromregelung wirkt durch die Öffnung 25 im Ventilsitz 17 auf die Membran 14 durch die Minus-Kammer 26.

Das Medium fließt durch die Eintrittsöffnung 38 in das Ventilgehäuse 1, dann durch die Öffnung 7 und dann um den Ventilteller 12, weiter in Öffnung 18 des Volumenstromreglers 13, um den Ventilteller 23 und tritt durch die Austrittsöffnung 24 hindurch aus. Der Impuls dp+ wirkt auf die Membran 3 gegen den Impuls dp- und die Kraft der Feder 10. Bei Gleichgewicht an der Membran bewegt sich der Membranteller 5 nicht, sonst aber bewegt sich dieser in entsprechende Richtung und regelt mit der Änderung des freien Querschnitte zwischen Dichtkante 11 an dem Ventilsitz 6 und dem Ventilteller 12 den Differenzdruck. Der Impuls dp- wirkt gleichzeitig auch als V+ Impuls durch die Mittelkammer 29 auf die Membran 14 gegen den Impuls V- und gegen die Kraft der Feder 21. Damit wirkt der Druckabfall im Differenzdruckregler als Drossel zur Steuerung des Volumenstroms: Mit dem Einstellmutterring 39 wird der Hub H des Ventilsitzes 6 dem verlangten Volumenstrom entsprechend begrenzt. Wesentlich ist, daß der V- Impuls in der Öffnung 18 mit kleinerem lichten Querschnitt und damit kleinerem absoluten Druck abgenommen wird. Bei kleinerem Querschnitt nach dem Bernoulli-Gesetz die Geschwindigkeit höher und Druck kleiner Später im größeren Querschnitt ist der Druck wieder höher. Durch Ausnützung dieses dynamisches Druckunterschiedes spart man einen Teil des Dauerdruckverlustes ein, welcher im Drosselquerschnitt für die Steuerung des Volumenstroms erforderlich ist.

Mit der Zahnkupplung 41, von der der Einstellmutterring 39 und der Skalenring 44 lösbar miteinander verbunden werden, kann man den Winkel zwischen dem Zeiger 40 und dem entsprechenden Wert auf der Skala 43 beliebig einstellen. Dieser Winkel bestimmt, wie weit der Differenzdruckregler geöffnet sein kann, aber nur, wenn die Fixierschraube 34 in die Fixierbohrung 33 am Ventilgehäuse 1 eingeschraubt ist.

Claims

1. Kombination eines Volumenstrom- und eines Differenzdruckregelventils, welche zwei in Serie geschaltete Regelventile aufweist, in welchen die Druckdifferenz an der Membrane gegen die Federkraft wirkt und damit den Ventilsitz bewegt, welcher zusammen mit dem feststehenden Ventilteller den Differenzdruck bzw. den Volumenstrom reguliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckregler (2) in Strömungsrichtung vor dem Volumenstromregler (13) angeordnet ist und daß der Differenzdruckregler (2) gleichzeitig als Drossel zur Steuerung des Volumenstromreglers (13) dient, wobei die Einstellung des Volumenstroms durch Hubbegrenzung des Hubes (H) im Differenzdruckregler (2) erfolgt.

2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plus-Impuls (V+) zur Steuerung des Volumenstroms in der Eintrittsöffnung (38) vor dem Differenzdruckregler (2) abgenommen wird, wobei der freie Querschnitt der Eintrittsöffnung ungefähr gleich dem lichtem Querschnitt der Rohrleitung vor dem Differenzdruckregler (2) ist und der Minus-Impuls (V-) in einem engeren Querschnitt (18) hinter dem Differenzdruckregler (2) abgenommen, wobei dieser Querschnitt (18) wesentlich kleiner als der Querschnitt der Eintrittsöffnung (38) ist.

3. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckregler (2) eine axiale Durchgangsform aufweist und seine Membran (3) am Außenrand (31) und am Innenrand (36) dicht in das Ventilgehäuse (1) eingespannt ist und in der Mitte der Membran die Öffnung (4) ist, durch welche ein Medium fließt, und der Membranteller (5) frei beweglich ist und nur durch die Kraft der Feder (10) gegen die Membran gepreßt ist und ist in radialen Richtung mit Rändern (32) und (35) zentriert, wobei an dem Membranteller (5) ein rohrförmiger Ventilsitz (6) ausgebildet ist, welcher in der Trennwand zwischen dem Differenzdruckregler (2) und dem Volumenstromregler (13) geführt und über eine Dichtung (9) abgedichtet ist, wobei das freie Ende (11) des rohrförmigen Ventilsitz (6) zusammen mit dem feststehenden Ventilteller (12) den freien Querschnitt bei Bewegung der Membran (3) bestimmt.

4. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Volumenstromregler entsprechend Anspruch 3 gestaltet ist.

5. Selbständiger Volumenstrom- oder Differenzdruckregler, gekennzeichnet durch die Gestaltung entsprechend Anspruch 3.

6. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Handabsperrung und Hubbegrenzung des Hubes (H) des Ventilsitzes (6) im Differenzdruckregler (2) mit dem Einstellmutterring (39), auf welchem ein fester Zeiger (40) ist, erfolgt, wobei der Einstellmutterring (39) lösbar über eine Zahnkupplung (41) mit dem Skalenring (44) verbunden ist, auf welchem die Skala (43) für die Volumenstromeinstellung angeordnet ist, wobei an dem Skalenring (44) bei der Zahl Null die Fixierschraube (34) eingeschraubt ist, welche in die blinde Fixierbohrung (3) im Ventilgehäuse (1) eingeschraubt sein kann; dabei kann man mit der Zahnkupplung (41) den Winkel zwischen Zeiger (40) und Skala (43) beliebig einstellen und die Lage des Skalenringes (44) gegen das Ventilgehäuse (1) mittels einer Fixierschraube (34) und Fixierbohrung (33) festlegen und fixieren und damit den eingestellten Volumenstrom bestimmen.

7. Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Skalenring (44) nur in Strömungsrichtung (L) von dem Einstellmutterring lösbar ist und in der Gegenrichtung (F) unlösbar durch Begrenzungsrand (42) gesperrt ist, wobei, wenn die Fixierschraube (34) in die Fixierbohrung (33) eingeschraubt ist, der Skalenring damit in der Gegenrichtung (F) unter der Kraft der Fixierschraube angepreßt wird so daß die Lage des Skalenrings fixiert axial und radial gesichert ist.

8. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstromregler (13) und der Differenzdruckregler (2) in ein gemeinsames Ventilgehäuse (1) eingebaut sind.